轻型钢结构基本知识

.z.第一章轻型钢构造加工制造的根本知识轻型钢构造工程是一个系统工程，它包括设计、加工制造和施工安装三个过程；包含的具体容有：主构造系统、次构造系统和围护系统三大方面。了解轻型钢构造各个组成局部的加工制造过程对于工程师而言是十分必要的。主构造系统包括主刚架和支撑体系。支撑体系包括水平支撑、柱间支撑和刚性系杆等局部。由于支撑体系采用的构件大多为圆钢、角钢和钢管等，构件简单、制作方便，且支撑体系节点多为标准节点，因此这局部产品大多为各公司的标准产品。本章仅从轻型钢构造的主刚架和围护系统两方面介绍轻型钢构造的加工制造；同时介绍钢构造的防腐处理和防火处理的相关知识。第一节H型钢的制作及其设备轻型钢构造的主刚架包括门式刚架和山墙抗风柱等局部。主刚架作为建筑构造的骨架，支承整个建筑构造系统，承受和传递着各类荷载。根据跨度、高度及荷载的不同，门式刚架的梁、柱一般采用变截面或等截面的实腹式焊接H型截面或轧制H型截面。变截面构件通常改变腹板的高度做成楔形形状，必要时也可改变腹板的厚度。构造构件在运输单元一般不改变翼缘截面，邻接的运输单元可采用不同厚度和宽度的翼缘截面。因受加工设备限制，H型钢截面高度一般不能超过2m。下面将按焊接H型钢生产工艺流程的顺序介绍焊接H型钢的制作机器设备。板材下料切割板材下料切割的方法有：机械切割法、气割法、等离子切割法等。在钢构造制造厂中，一般情况下，钢板厚度在12～16mm以下的直线型切割，采用剪切下料。常用的剪切机械有剪板机。气割多用于带曲线的零件和厚钢板的切割。气割能切割各种厚度的钢材，设备灵活、费用经济、切割精度较高，是目前使用最广泛的切割方法。气割按切割设备可分为：手工气割、半自动气割、仿型气割、多头气割、数控气割和光电跟踪气割。焊接H型钢生产线的下料设备一般配备数控多头切割机或直条多头切割机，此类切割设备是高效率的板条切割设备，纵向割矩可根据要求配置，可一次同时加工多块板条。〔见图1-2〕各类型钢以及钢管等的下料通常采用锯割。常用的锯割机械有：弓形锯、带锯、圆盘锯、摩擦锯和砂轮锯等。等离子切割主要用于熔点较高的不锈钢材料及有色金属的切割。板材矫正整平H型钢在组立焊接之前，先要对原材料〔钢板〕进展矫正、整平。常用的机械设备有板条矫平机〔见图1-3〕。H型组立、焊接矫平的钢板〔翼缘板、腹板〕进入H型钢自动组立机，在组立生产线上，将未焊接的翼缘板和腹板先工作组立器具定位好，进展头部定位焊。此类设备一般都采用PLC可编程序控制器，对型钢的夹紧、对中、定位点焊及翻转实行全过程自动控制，速度快、效率高。〔见图1-4〕组立好的H型钢进入焊接机，H型钢生产配备的焊机一般为埋弧自动焊机，从类型上可分为门式焊接机〔见图1-5〕及悬臂式焊接机两种类型。焊机一般都配备有焊缝自动跟踪系统、焊剂自动输送回收系统及快速返程功能。H型矫正轻型钢构造构件的翼缘、腹板通常采用较薄的钢板，焊接容易产生比拟大的焊接变形，且翼缘板与腹板的垂直度也有偏差，这时需要通过矫正机对焊接后的H型钢进展矫正。〔见图1-6〕。钻孔、锁口、抛丸、涂装钢构造的连接节点多采用高强螺栓，因此孔加工在钢构造制造中占有一定的比重。制孔通常有钻孔和冲孔两种方法。钻孔是钢构造制造中普遍采用的方法，几乎能用于任何规格的钢板、型钢的孔加工。钻孔的精度高，对孔壁损伤较小。冲孔一般只用于较薄钢板和非圆孔的加工且孔径不小于钢材厚度的加工。冲孔生产效率虽高，但由于孔的周围产生冷作硬化，孔壁质量差等原因，通常只用于檩条、墙梁端部长圆孔的制备。常用的边缘加工方法有：铲边、刨边、铣边、碳弧气刨、气割和坡口机加工等。H型钢端面铣床，用于焊接或轧制成型的H型钢、箱形截面梁柱的两端面铣削加工。铣边机利用滚铣切削原理，对钢板焊前的坡口、斜边、直边、U形边可一次同时铣削成形，耗能少操作维修方便。钢构件在涂刷之前应进展除锈处理，构件外表的除锈方法分为喷射、抛射除锈和手工或动力除锈。喷射、抛射除锈设备的种类很多，如图1-7抛丸机适用于各种型材和板材的外表清理。制做好的H型钢需要防腐，即涂刷油漆。详见第三节钢构造防腐处理。图1－1给出了焊接H型钢的生产工艺流程。板材切割板材切割矫正、整平矫正、整平HH型组立HH型焊接〔埋弧焊〕尺寸、焊缝检查尺寸、焊缝检查尺寸、外观检查H尺寸、外观检查H型矫正钻孔、锁口抛丸、涂装钻孔、锁口抛丸、涂装涂装检查涂装检查成品检查编号打包发运编号打包发运图1－1焊接H型钢的生产流程制作好的焊接H型钢需经检查合格前方可编号打包发运，焊接H型钢的允许偏差见表１－１。表1－1焊接H型钢的允许偏差项目允许偏差图例截面高度〔h〕h<500±2.0500≤h≤1000±3.0h>1000±4.0截面宽度〔b〕±3.0腹板中心偏移2.0翼缘板垂直度(Δ)b/1003.0弯曲矢高l/10005.0扭曲h/2505.0腹板局部平面度〔f〕t<143.0t≥142.0局部H型钢的生产设备如图1-2～1－8所示。图1－2ESAB六米数控切割机图1－3W43-24*1000板条矫平机图1－4HG-1500组立焊图1－5ME-1-1000门型自动埋弧焊图1－6精工-Ⅲ型矫正机图1－7美国邦八抛头抛丸机在H型钢的制做过程中，板材切割下料、矫正整平，拼装点焊、焊接及焊后翼缘矫正，按常规工艺是由多台设备来完成的。将以上工序集于一身的H型钢生产线具有构造紧凑、占地省、生产效率高等优点。下面介绍两条生产线：单面焊生产线〔见图1-8〕和通用H型钢生产线。单面焊H型钢生产线采用低合金高强度钢板以卧式焊接机单面焊接，采用美国林肯公司的单弧双自动埋弧焊机。该生产线包含目前钢构造行业中规格最大的12m×8m大型剪板机，H型钢的腹板和翼缘板可用此剪板机一次性剪切下料，超过12mm厚的钢板采用等离子切割机进展切割。对于平整度不符合要求的钢板用9辊矫平机整平。整平后的翼缘板进入翼缘板生产线，经过对接、冲孔、切断而成为翼缘板半成品，进入焊接生产线。半成品经组立及头部定位焊后进入卧式焊接机，一次性焊接完成。通用H型钢生产线由直条火焰切割机和12m×8m剪板机将钢板切割下料成腹板和翼缘板，经组立机到门型自动埋弧焊机焊接，再经翼缘矫正机矫正后成为焊接H型钢。矫正后的H型钢通过抛丸除锈处理后，涂底漆、编号发运。图1－8美国林肯单面焊生产线钢构造的主刚架制作加工中，工作量最大的是节点的加工制作，包括节点处的开孔、端板的定位焊接、加劲板的定位焊接等工作。对梁柱上四个面都有加劲板的情况，梁柱还需要翻转焊接，构件的翻转需要采用特殊的翻转设备。翻转机如图1－9所示。图1－9钢构造节点加工用的翻转机第二节围护系统的制作及其设备轻钢构造的围护系统包括檩条、墙梁、墙面及屋面彩板、楼面板、通风采光系统、排水系统和收边系统等。围护系统的制造是轻钢构造加工制造术含量最高的一局部，它直接决定了整个建筑的产品质量。下面通过相关设备来介绍围护系统的加工制造过程。一、冷弯薄壁型钢檩条的加工制造在轻型门式刚架构造中，檩条和墙梁通常采用卷边槽形〔或称C型〕和带斜卷边的Z型冷弯薄壁型钢。冷弯薄壁型钢一般由薄钢板通过檩条机冷弯辊压成型而成。对Z、C型冷弯薄壁型钢，钢板厚度一般为1.5～3mm，材质为Q235钢板、Q345钢板或G450高力连续热浸镀锌钢板三种。檩条上的孔可采用冲孔。冷弯薄壁型钢檩条的制作偏差应符合表1－2。图1-11为众多檩条机中的一种。表1－2檩条尺寸的允许偏差工程符号允许偏差〔mm〕工程符号允许偏差〔mm〕截面高度h±５翼缘孔中心至腹板外缘距离A5±3翼缘高度b±５-２腹板横向孔中心线距离S1±1.5斜卷边或直卷边长度A1＋6-3腹板纵向孔中心线距离S2±1.5翼缘不平度θ１±3o两端螺栓群中心距离S3±3斜卷边角度θ２±5o檩条构件的长度l±3腹板孔中心至构件边缘距离A2±3弯曲矢高cL/500腹板孔中心至构件端部距离A3±3最小厚度t设计值t的0.95倍翼缘孔中心至构件端部距离A4±3注：符号含义见图1-10。图1－10檩条的尺寸偏差图1－11HG-Ⅲ型檩条机二、压型金属板的制作彩色钢板建筑制品分为单层彩色压型钢板和复合夹芯板两类轻型建筑预制板材。单层彩色压型钢板和复合夹芯板的原材料普通的彩色钢板〔钢带〕是由金属基材经过外表处理〔热镀锌、热镀锌铝合金、热镀铝及电镀锌和热镀锌合金化钢板〕，再在其上覆盖彩色涂层〔聚酯涂料、有机硅改性聚酯涂料、聚偏氟乙烯涂料，也可无涂层〕制成。彩色钢板按其基板的用途不同、镀层不同、涂层不同可分为假设干类别，彩板的选择要对金属基材、镀层、涂层分别进展确定。比拟高级的彩板有以铝镁合金材料为基板的铝镁板。单层彩色压型钢板的制作是采用压型机将彩钢卷通过连续完成的开卷、辊压、剪切而成的。复合夹芯板的制作是采用两层彩板做面层，中间注入液体聚氨脂(PU)、聚苯乙烯〔EPS〕或岩棉，再固化加压一次成型制成。这种复合板具有承力、保温、装修、防水的综合功能。成型后的压型钢板及泛水板、包角板的基板不得有裂纹；漆膜应无裂纹、剥落和擦痕等现象。表1－3为压型金属板的尺寸偏差工程。表1－3压型金属板的尺寸偏差工程项目尺寸偏差〔mm〕波距±2.0波高压型钢板h≤70mm±1.5h>70mm±2.0压型铝板±2.0侧向弯曲在测量长度l的围压型钢板20.0压型铝板25.0注：〔1〕h为压型金属板截面高度。〔2〕l为测量长度，系指板长扣除两端0.5m后的实际长度〔小于10m〕或扣除后人选的10m长度。单层彩色钢板压型机是采用多道成型辊将彩色钢板连续冷弯成型的原理设计的。它由开卷机〔架〕、送料台、成型机、切断机和成品辊架五局部组成，当加工曲板时还需曲面冲压机。图1－12～1－13列出了一些彩色压型钢板的生产设备。图1－12HV-450压型机图1－13HV-475压型机三、排水和收边系统轻型钢建筑中，天沟、落水管、包边板等的制造质量对于防水功能至关重要。很多轻型钢建筑在这些地方都存在泛水、渗水现象，其中一个重要原因就是其包边板是手工折成而不是采用机械加工的，这些对建筑的排水效果及建筑外观效果都不利，而采用折弯机折弯的收边板产品质量较好。以下图的折边机可以针对一定形状的包边，适应不同的彩色压型钢板的板型，对包边板进展折弯加工。这样加工出来的包边板与彩色压型钢板贴合严密，防水性能好。图1－14为精工科技开发研制的JZW800折边机。图1－14JZW800折边机四、通风采光系统衡量轻型钢建筑质量好坏的另一很重要的标准就是其屋面采光通风及防水系统产品的质量，它直接关系到轻型钢建筑的使用性能。这局部产品大多为专利产品，由钢构造公司或各相关专业厂家开发生产。(a)采光天棚(b)防水细部(c)通风气楼图1－15屋面采光通风及防水图1－15所示分别为采光天棚、防水细部做法和通风气楼，一般通风气楼或通风器有主动和被动排风两种形式，其型号、布置位置和布置数量与建筑的具体通风要求有关，可以根据通风器的排风能力进展计算。钢构造的防腐处理由于建筑钢材强度高、塑性韧性好、自重轻，加上钢构造具有制作简便、施工工期短，适用于跨度大、高度高、承载重的构造等优点，使钢材在建筑业中得到了广泛应用。但是钢材耐腐蚀性和耐锈蚀性差。据兴旺国家的不完全统计，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民经济总产值的４％。钢构造的腐蚀不仅造成经济损失，也给构造的平安带来隐患，由于钢锈蚀而导致的工程事故也屡见不鲜。因此钢构造〔特别是薄壁钢构件〕的防腐处理具有重要的经济和社会意义。钢构造防锈与涂装的一般规定１、钢构造的防锈及涂装设计应遵守"工业建筑防腐蚀设计规"GB500046与"钢构造管道涂装技术规程"YB/T9256的有关规定；凡在钢构造工程设计中，均应有防锈涂装设计的容。２、钢构造防锈及涂装设计应综合考虑构造的重要性、环境侵蚀条件、维护条件及使用寿命，以及施工条件与工程造价等因素，合理的选用或确定钢材外表原始锈蚀等级、除锈方法与等级〔"涂装前钢材外表锈蚀等级和涂装等级"GB8923〕、涂料与涂装要求以及涂装施工的质量检验要求〔"钢构造工程施工质量验收规"GB50205〕等。３、轻型钢构造构件应按表1-4所示外界条件对构造的侵蚀作用分类选择外表处理方法及配套涂料。表１－４外界条件对轻型钢构造的侵蚀作用分类序号地区相对湿度〔％〕对构造的侵蚀作用分类室〔采暖房屋〕室〔非采暖房屋〕露天１农村，一般城市的商业区及住宅区枯燥，＜60无侵蚀作用无侵蚀作用弱侵蚀作用２普通，60～70无侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用３潮湿，＞７５弱侵蚀作用弱侵蚀作用中等侵蚀作用４工业区，沿海地区枯燥，＜60弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用５普通，60～70弱侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用６潮湿，＞７５中等侵蚀作用中等侵蚀作用中等侵蚀作用注：１表中的相对湿度系指当地的年平均相对湿度，对于恒温恒湿或有相对湿度指标的建筑物，则按室相对湿度采用。２一般城市的商业区及住宅区泛指无侵蚀性介质的地区，工业区则包括受侵蚀介质影响及散发轻微侵蚀性介质的地区。钢构造腐蚀的主要原因防止钢构造腐蚀首先要了解钢材腐蚀的原因。常温下〔100℃以下〕钢材的腐蚀机理常温下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢构造在常温大气环境中使用，钢材受大气中水分、氧和其他污染物〔未清理干净的焊渣、锈层、外表污物〕的作用而被腐蚀。大气的相对湿度在60％以下时，钢材的腐蚀是很轻微的；但当相对湿度增加到*一数值时，钢材的腐蚀速度突然升高，这一数值称为临界湿度。常温下，一般钢材的临界湿度为60％～70％。当空气被污染或在沿海地区空气中含盐时，临界湿度都很低，钢材外表容易形成水膜。此时焊渣和未处理干净的锈层〔氧化铁皮〕作为阴极，钢构造构件〔母材〕作为阳极在水膜中发生电化学腐蚀。大气中的水分吸附在钢材外表形成的水膜是造成钢材腐蚀的决定因素；大气的相对湿度和污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。高温下〔100℃以上〕钢材的腐蚀机理高温下钢铁的腐蚀主要是化学腐蚀。高温状态下，水以气态存在，电化学作用很小，降为次要因素。金属和枯燥气体〔如O2、H2S、SO2、Cl2等〕相接触，外表生成相应的化合物〔氯化物、硫化物、氧化物〕，形成对钢材的化学腐蚀。钢构造腐蚀的防护方法根据钢材腐蚀的电化学原理，只要防止或破坏腐蚀电池的形成或强烈阻滞阴、阳极过程的进展，就可防止钢材的腐蚀。采用防护层方法防止钢构造腐蚀是目前通用的方法，常用的保护层有以下几种：１、金属保护层：金属保护层是用具有阴极或阳极保护作用的金属或合金，通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法，在需要防护的金属外表形成金属保护层〔膜〕来隔离金属与腐蚀介质的接触，或利用电化学的保护作用使金属得到保护，从而防止腐蚀。２、化学保护层：通过化学或电化学方法使钢材外表生成一种具有耐腐蚀性能的化合物薄膜，以隔离腐蚀介质与金属的接触，来防止对金属的腐蚀。３、非金属保护层：用涂料、塑料、搪瓷等材料，通过涂刷和喷涂等方法，在金属外表形成保护膜，使金属与腐蚀介质隔离，从而防止金属的腐蚀。钢材外表处理钢材加工后到出厂之前，构件外表会不可防止的沾有油污、水分、灰尘等污染物以及存在毛刺、氧化铁皮、锈层等外表缺陷。由前面钢构造腐蚀的主要原因我们知道，污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素，且外表污物会严重影响涂料在钢材外表的附着力，并使漆膜下的锈蚀继续扩展，导致涂层失效或破坏，无法到达预期的防护效果。因此，钢材外表处理质量的好坏对涂层的防护效果及寿命的影响，有时甚至比涂料本身品种性能差异的影响更大，应予以重视。日本"防蚀技术"中认为影响涂装质量的诸多因素所占的比例见表1-5。表１－５防腐涂装个因素对涂层质量的影响影响质量的因素影响程度〔％〕外表处理〔除锈质量〕49.5涂层厚度〔涂装道数〕19.1涂料品种4.9其他〔施工与管理等〕26.5钢构造外表处理方法：手工工具除锈、滚动钢丝轮除锈、酸洗除锈、喷砂〔丸〕除锈、化学转化膜、热浸镀、电镀、外表合金化以及射流控制真空除锈、激光除锈等。在中等侵蚀作用环境中的承重钢构件，当其形状较复杂或体型较特殊时，可选用酸洗除锈方法。酸洗应有专门的工艺控制保证〔不宜用盐酸〕，应附加缓蚀剂，并清洗到位，确保角、凹部位不致积酸，引起材质氢脆变异。各类构件的物理除锈方法与等级可按表1-6选用。表１－６各类构件的物理除锈方法与等级构件种类除锈方法除锈等级无侵蚀作用的一般构件手工及动力工具除锈〔彻底〕级或级〔非常彻底〕弱侵蚀作用的承重构件喷射〔丸、砂〕除锈〔彻底〕级或级〔非常彻底〕中等侵蚀作用的承重构件喷射〔丸、砂〕除锈级〔非常彻底〕注：１对使用期很难维修的承重构件，其除锈等级宜适当提高〔最高不超过级〕。２除锈前后应仔细消除油垢、毛刺、药皮、飞溅物及氧化铁皮等。３除锈及涂装工程的质量验收应符合"钢构造工程施工质量验收规"GB50205的规定。防腐涂料钢构件的防腐涂层可根据具体情况采用不同的方式,如金属保护层(镀锌等)、油漆涂层、复合保护层〔即一、二项同时使用〕。目前通常的钢构造防腐做法就是刷防腐涂料。涂料是一种含油的或不含油的胶体溶液，将它涂敷在钢材外表上，可结成一层薄膜来保护钢构造。防腐涂料一般由底漆和面漆组成。底漆中粉料多，基料少，成膜粗糙，底漆的功能是使漆膜与基层和面漆结合结实，即就是要有好的附着力；底漆有阻蚀性颜料，可以阻止锈蚀的发生，有的还能对金属起钝化和电化学保护作用，防止金属生锈。而面漆则粉料少，基料多，成膜后有光泽，主要功能是保护下层底漆，故要对大气和湿度具有不渗透性，要能抵抗由风化引起的物理和化学分解。目前的趋势是使用合成树脂来提高介质的抗风化性能。耐大气性能的防腐涂料一般只能耐大气中的气相腐蚀。对于受酸碱等介质侵蚀的地方，必须用耐酸碱的涂料。防腐漆按保护功能可分为底漆，中层漆和面漆，各层油漆均有其特性，各负其责，各层组合起来，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。1、底漆底漆层常用的防腐涂料有富锌底漆和环氧铁红底漆，富锌漆是由大量的微细锌粉与少量的成膜机料组成。锌的电化学性比钢铁高，在受到腐蚀时，有“自我牺牲〞的作用，使钢铁被保护。腐蚀产物氧化锌又填充了孔隙，使涂层更加致密。常用的富锌底漆有以下三种：水玻璃无机富锌底漆，它是以水玻璃为基料，参加锌粉，混合后涂刷，固化后要用水冲洗，施工工艺复杂，工艺条件苛刻，外表处理必须在Sa2.5以上，另外对环境温度、湿度都有要求，形成的涂膜易开裂、脱皮、目前已很少采用。(2)溶性无机富锌底漆，该底漆是以正硅酸乙酯为基料，以酒精为溶剂，经局部水解聚合，参加锌粉混合均匀后涂覆成膜。(3)富锌底漆，它是以环氧树脂为成膜基料，参加锌粉，固化形成涂层。环氧富锌底漆不但防腐性能优良，而且附着力强，并与下道涂层环氧云铁中层漆均有良好的粘结型。主要用于一般大气中的钢架构造和石油化工设备的防腐。环氧铁红底漆是分罐装的双组份涂料，甲组份〔涂料〕由环氧树脂、氧化铁红等防锈颜料增韧剂、防沉剂等制成，乙组份为固化剂，施工时按比例调配。氧化铁红是一种物理性防锈颜料，其性质稳定、遮盖力强、颗粒细微、能在漆膜中起到很好的屏蔽作用，有很好的防锈性能。环氧铁红底漆对钢板及上层环氧面漆均有很好的粘结力，常温枯燥快，对上层面漆不渗色，较普遍的用于钢质管道、贮罐、钢构造防腐工程，作防锈底漆使用。2、中涂层中涂层一般为环氧云铁和环氧玻璃鳞片漆或环氧厚浆漆。环氧云铁漆是以环氧树脂为基料参加云母氧化铁制成，云母氧化铁的微观构造像片状云母，其厚度仅为数微米，而直径为数十微米到一百微米。它耐高温、耐碱、耐酸性、无毒，片状构造可阻止介质渗透，增强了防腐性能，而且收缩率低，外表有粗糙度，是一种优良的中层防腐漆。环氧玻璃鳞片漆是以环氧树脂为基料，以薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加各种添加剂组成的厚桨型防腐漆。玻璃鳞片厚度仅为2～5微米。由于鳞片在涂层中上下多层排列，形成独特的屏蔽构造。3、面漆用于面漆的涂料按其价位可划分为三种等级：(1)普通级为环氧漆、氯化橡胶漆、氯磺化聚乙烯其等；中等级为聚氨酯漆；高等漆为有机硅改性聚氨酯漆、有机硅改性丙烯酸面漆、氟涂料等。环氧漆经化学固化后，化学性质稳定，涂层致密，有很强的粘结力，很高的机械性,它耐酸、碱、盐，能抵抗多种化学介质的腐蚀。氯化橡胶漆以氯化橡胶为成膜物，氯化橡胶是用天然橡胶与氯气反响制成，他属惰性树脂，成膜后密封性能非常好，水汽、氧气对漆膜的渗透率极低，而且耐酸、耐碱、耐水、耐氧化剂、耐各种腐蚀性气体的腐蚀，在用醇酸树脂改性后，耐候性好，在使用过程中，漆膜理化性能变化很小，可以说是一种经济耐用的防腐材料。其它面涂层材料因价格较高，使用很不普遍，本文不再详述。防腐油漆〔涂料〕的选择一般的涂料选择应考虑以下几点：1、要考虑构造所处的使用条件及选用涂料的围的一致性，根据腐蚀介质的情况〔种类、温度和浓度〕气相或液相，湿热地区或枯燥地区等条件进展选用。对于有酸性介质，可采用耐酸性能较好的酚醛树脂漆，而对于碱性介质，则应采用耐碱性较好的环氧树脂漆。2、要考虑施工条件的可能性。有的宜刷涂，有的宜喷涂，有的自然枯燥成膜等等。对于一般情况，宜用枯燥、便于喷刷的冷固型涂料。3、要考虑涂料的正确配套。由于大局部涂料是有机胶状物质为基料，涂料每涂一层结成薄膜后，难免有许多异常细小的微孔，腐蚀介质仍有可能渗入侵蚀钢铁。因此，目前涂料的施工都不是涂单层，而是涂多层，目的在于将微孔减少到最低限度。底漆和面漆之间应有良好的适应性。如过氯乙烯漆与磷化底漆或铁红醇酸底漆配套使用，才能得到很好的效果，而不能与油性底漆〔如油性红丹漆〕配套使用。因为过氯乙烯漆中含有强溶剂，会破坏底漆漆膜。防腐涂料底漆、中间漆、面漆必须配套。选用面漆时，除遵守底漆说明书的要求外，一般底漆、中间漆、面漆配套组合要求可参照下表1-7进展。表１－７钢构造用底漆、中间漆与面漆的配套组合序号底漆与中间漆面漆最低除锈底漆适用环境构建１红丹系列〔油性防锈漆、醇酸或酚醛防锈漆〕底漆２遍铁红系列〔油性防锈漆、醇酸底漆、酚醛防锈漆〕底漆２遍云铁醇酸防锈漆底漆２遍各色醇酸磁漆２～３遍无侵蚀作用构件２氯化橡胶底漆1遍氯化橡胶面漆２～４遍１、室、外弱侵蚀作用的重要构件；２、中等侵蚀环境的各类承重构造３氯磺化聚乙烯底漆2遍＋氯磺化聚乙烯中间漆１～２遍氯磺化聚乙烯面漆２～３遍４铁红环氧酯底漆１遍＋环氧防锈漆２～３遍环氧清〔彩〕漆１～２遍５铁红环氧底漆１遍＋环氧云铁中间漆１～２遍氯化橡胶漆２遍６聚氨酯底漆１遍＋聚氨酯磁漆２～３遍聚氨酯清漆１～３遍７环氧富锌底漆１遍＋环氧云铁中间漆２遍氯化橡胶面漆２遍８无机富锌底漆１遍＋环氧云铁中间漆１遍氯化橡胶面漆２遍需特别加强防锈蚀的重要构造９无机富锌底漆２遍＋环氧中间漆２～３遍〔７５～100μm〕～〔７５～125μm〕脂肪族聚氨酯面漆２遍〔50μm〕注：１第４项匹配组合〔环氧清漆面漆〕不适用于室外爆晒环境。２当要求较厚的涂层厚度〔总厚度＞150μm〕时，第２、５及６项组合的中间漆和面漆宜采用厚浆型涂料。３第８、９项无机富锌底漆要求除锈等级及施工条件更为严格，一般较少采用。4、要考虑构造的主次关系。即根据构件的重要性，是主要承重构件还是次要承重构件来进展考虑，分别选用不同的涂料，或用一样的涂料而对涂层厚度加以区别。选择涂料时，除考虑构造使用功能、经济性和耐久性外，还应考虑施工过程中的稳定性、枯燥、速度、毒性以及需要的温度条件等。要到达良好的防腐效果，在选择恰当、高性能涂料的同时，对于涂料的厚度亦有一定的要求。如果涂层厚度薄或不均匀，钢材外表毛刺的顶峰会露出涂层，涂层就会有针孔，这时水中的氧、氯离子、水分子等会穿过这些薄弱的地方，使钢铁生锈腐蚀，腐蚀产物体积膨胀，形成锈包，逐渐扩大，最后涂层起泡脱落。如果涂层过厚，虽然可增强防护能力，但附着力和机械性能都要降低，而且要增加费用。对于一般涂装要求的构件，并采用手工及动力工具除锈时，可采用两道底漆、两道面漆的做法；对涂装要求较高的构件，并采用喷射除锈时，宜采用2遍底漆，1～2遍中间漆及2遍面漆的做法。涂层干漆膜总厚度不宜小于120μm〔弱侵蚀〕及150μm〔中等侵蚀〕、200μm〔较强侵蚀的重要构件〕。需加重防腐的部位，可适当增加涂层厚度20～60μm。厚度要均匀、连续完整、无针孔，方可取得良好的防腐效果。根据有关文献，钢构造涂层厚度可参考表１－８。表１－8钢构造涂装涂层厚度基本涂层和防护涂层附加涂层城镇大气工业大气海洋大气化工大气高温大气醇酸漆100～150125～17525～50沥青漆180～240150～21030～60环氧漆175～225150～200150～20025～50过氯乙烯漆160～20020～40丙烯酸漆100～140140～180120～16020～40聚氨酯漆100～140140～180120～16020～40氯化橡胶漆120～160160～200140～18020～40氯磺化聚乙烯漆120～160160～200140～180120～16020～40有机硅漆100～14020～40表１－9常用防锈底漆名称型号标准号性能用途涂施方法配套要求红丹油性防锈漆Y53-1HG2-581-74防锈性能好，漆膜巩固，附着力强，但枯燥较慢适用于钢构造外表防锈打底，但不能用于铝、锌外表，因红丹与铝、锌起电化学作用刷涂为主与酯胶磁漆、酚醛磁漆、醇酸磁漆配套使用铁红油性防锈漆Y53-2HG780-74附着力强，防锈性较好，但次于红丹油性防锈漆适用于防锈要求不高的钢构造外表防锈打底刷涂为主与酯胶磁漆、酚醛磁漆配套使用红丹酚醛防锈漆F53-1HG2-782-74防锈性能好，漆膜巩固，附着力强，枯燥较快同红丹油性防锈漆刷涂为主与酚醛磁漆、醇酸磁漆配套使用铁红酚醛防锈漆F53-3HG2-583-74附着力强，漆膜较软，耐磨性差，防锈性能次于红丹酚醛防锈漆适用于防锈要求不甚高的钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与酚醛磁漆配套使用铁红、灰酚醛底漆F06-8HG2-579-74漆膜有良好的附着力和一定的防锈性能适用于防锈要求不甚高的钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁漆纯酚醛磁漆配套使用铁红纯酚醛底漆F06-9HG2-580-74有一定的防锈性能，耐水性好适用于防锈要求不甚高的钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁漆纯酚醛磁漆配套使用各色硼钡酚醛防锈漆F53-9HG2-1020-77具有良好的抗大气锈蚀性能，枯燥快，施工方便。逐步代替一局部红丹防锈漆使用，节约铅、无毒适用于钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与酚醛磁漆、醇酸磁漆配套使用铁红灰酯胶底漆T06-5HG2-570-74漆膜坚硬，易打磨，并有良好的附着力适用于防锈要求不甚高的钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与调和漆、酚醛磁漆配套使用红丹醇酸防锈漆C53-1HG2-25-74防锈性能好，漆膜坚硬，附着力强，枯燥较快同红丹油性防锈漆刷涂或喷涂与醇酸磁漆、酚醛磁漆、酯胶磁漆配套使用铁红醇酸底漆C06-1HG2-113-74具有良好的附着力和一定的防锈能力，在一般气候条件下耐久性好，但在湿热带气候和潮湿条件下耐久性差一些适用于一般钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与醇酸磁漆、硝基磁漆、沥青漆、过氯乙烯漆配套使用乙烯磷化底漆*06-1HG2-27-74对钢材外表附着力极强，漆料中的磷酸盐可使钢材外表形成磷化膜，延长有机涂层的寿命适用于钢构造外表防锈打底，可省去磷化或钝化处理，但不能代替一般底漆，不适用于碱性介质环境中刷涂或喷涂其它防锈漆、底漆和面漆配套使用铁红过氯乙烯底漆G06-4HG2-263-74有一定的防锈性及耐化学性，但对钢材的附着力不太好，假设与磷化底漆配套使用，能耐海洋性及湿热带气候适用于沿海地区和湿热带气候的钢构造外表打底刷涂或喷涂与磷化底漆和过氯乙烯防锈漆配套使用铁红环氧酯底漆H06-2H06-19HG2-605-74HG2-789-75漆膜坚硬耐久，附着力良好，假设与磷化底漆配套使用时，可提高漆膜的耐潮、耐盐雾和防锈性能适用于沿海地区和湿热带气候的钢构造外表打底刷涂或喷涂与磷化底漆和环氧磁漆、环氧防锈漆配套使用云母氧化铁底漆具有良好的热稳定性、耐碱性，防锈性能超过红丹和硼钡防锈漆，无毒，而且价廉和原料来源丰富适用于热带气候和湿热条件下的钢构造外表防锈打底刷涂或喷涂与各类面漆配套使用无机富锌底漆具有较好的耐水性、耐油性、耐溶剂性、耐热性及耐干湿交替的盐雾的性能，有阴极保护作用，长期曝晒不老化适用于水塔、水槽、油罐及海洋钢构筑物外表防锈打底刷涂或喷涂可兼作面漆，如与环氧磁漆、乙烯磁漆配套使用，效果更好表１－10常用面漆名称型号标准号性能用途涂施方法配套要求各色油性调和漆Y03-1HG2-567-74耐候性较酯胶调和漆好，但枯燥时间较长，漆膜较软适用作室一般钢构造面漆刷涂为主各色酯胶调和漆T03-1HG2-781-80枯燥性能比油性调和漆好，漆膜较硬，有一定的耐水性适用作一般钢构造面漆刷涂或喷涂各色酚醛磁漆F04-1HG2-575-80漆膜坚硬、光泽、附着力较好，但耐候性差适用作室一般钢构造面漆刷涂或喷涂与酯胶底漆、红丹防锈漆、灰防锈漆和铁红防锈漆配套使用各色纯酚醛磁漆F04-11HG2-578-74漆膜坚硬，耐水性好、耐候性较好适用作防潮和干湿交替的钢构造面漆刷涂或喷涂与各种防锈漆、酚醛底漆配套使用各色醇酸磁漆C04-42HG2-591-74具有良好的耐候性和较好的附着力，但枯燥较慢适用作钢构造的面漆刷涂或喷涂先涂1～2道C06-1铁红醇酸底漆，再涂C06-10醇酸两道底漆，最后涂该漆灰酚醛防锈漆F53-2HG2-582-74耐候性较好，有一定的防水性和防锈性能适用作钢构造的面漆刷涂或喷涂与红丹或铁红类防锈漆配套使用表１－11常用防腐蚀面漆名称型号标准号性能用途涂施方法配套要求各色过氯乙烯G52-1HG2-625-74具有良好的耐腐蚀性和耐潮性。但附着力较差，如配套的好，可以弥补。假设经60～65C0烘烤1～3小时，其各种机械性能比硝基漆优越适用于钢构造防酸雾介质腐蚀的面漆刷涂或喷涂与*06-1乙烯磷化底漆、G06-4铁红过氯乙烯底漆配套使用各色环氧硝基防腐漆H04-2HG2-603-75耐候性良好，有较好的物理机械强度，耐油性良好适用于湿热气候的钢构造防工业大气腐蚀的面漆刷涂或喷涂与环氧底漆配套使用沥青清漆L01-6HG2-584-74具有良好的耐水、耐潮、耐腐蚀性能，但机械性能差，耐候性不好适用于钢构造防酸气腐蚀的打底和作面漆刷涂或喷涂底漆兼作面漆，一般涂两道沥青耐酸漆L50-1HG2-587-74具有耐硫酸腐蚀的性能，并有良好的附着力适用于钢构造室防腐蚀的打底和作面漆刷涂或喷涂底漆兼作面漆，一般涂两道钢构造的防火处理钢构造具有独特的优越性，它适用于各种工程构造，因而在工业与民用建筑中得到了广泛的应用。但钢构造耐火性能差早已为人们所熟知，钢材虽为非燃烧材料，但却易导热、怕火烧，其耐火极限仅为15～20分钟。在火灾的温度下，钢构造的强度是温度的函数。未加防火保护的钢构造，当构造温度到达350℃、500℃、600℃时，其强度分别下将1/3、1/2、2/3，当构造温度到达600℃以上时，将完全丧失承载能力。因此，在火灾作用下，钢构造不可防止地扭曲变形，最终导致垮塌毁坏。钢构造发生火灾后，构造垮塌快，给消防灭火工作带来极大的困难同时减少了受困人员的逃生时间；且垮塌后的钢构造变成“麻花状〞或“面条状〞的废物，很难修复使用，往往带来重大人员伤亡和经济损失。国外钢构造遭火灾倒塌的例子不胜枚举。如1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢构造屋顶被烧塌；1993年我国一座钢构造冷库发生火灾，造成3600㎡的库房倒塌；2001年的美国纽约世界贸易大厦双塔遭恐惧分子飞机袭击，航空煤油爆炸后引发高温燃烧，两幢420m高的钢构造摩天建筑先后轰然倒塌，造成近4000人死亡和1000多亿美元的经济损失。因此钢构造防火的研究、设计和运用应受到特别的重视。钢构造的防火包括构造的防火设计和构造的防火保护措施。钢构造防火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使构造在火灾中的升温不超过其临界温度而确保耐火稳定性。防火设计的目标就是使构造构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。一、钢构造防火设计的一般规定1钢构造的防火设计应符合国家"建筑设计防火规"GBJ16、"高层民用建筑设计防火规"GB50045及"石油化工企业设计防火规"GB50160、"高层民用建筑钢构造技术规程"JGJ99等的有关规定。建筑师应慎重并合理地确定工业建筑的防火类别与建筑物的防火等级，必要时应与消防部门共同商定设防标准。２钢构造构件的防火设计原则，是在设计所采用的防火措施的条件下，能保证构件在所规定的耐火极限时间，其承载力仍不小于各种作用和组合效应。建筑物等级所要求承重构件耐火极限如表１－12。表１－12建筑构件的耐火时限〔h〕规耐火等级耐火时限〔h〕柱梁楼板屋顶承重构件支撑多层的柱支撑单层的柱建筑设计防火规一级3.02.52.01.51.5二级2.52.01.51.00.5三级2.52.01.00.5高层民用建筑设计防火规一级3.02.01.5二级2.51.51.0二、常用的防火措施单面屏蔽法。在钢构造的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。当发生火灾时，屏障的阻隔使得钢构件防止了急速升温。如果在钢构造所有的构件外外表设置防火屏障，构造造价势必会大幅度增加，而且这种做法也不现实，但在特殊部位设置防火屏障不失一种既方便又较经济的钢构造防火方法。用耐火轻质板作为防火外包层。办公与居住建筑等的钢构造，当同时有防火与装饰要求时，可在钢构造外表做除锈及涂底漆〔粘贴面不可涂底漆〕后，采用防火板〔如ALC板〕等专用的、可模制定型的装饰性板材外包防火构造。无装饰要求的工业与民用建筑钢构造，可根据造价、施工条件等因素采用防火板材外包防火构造。钢构造防火用板材分为两类：一类为密度大、强度高的薄板，如短纤维增强的各种水泥压力板〔包括TK板、FC板等〕、纤维增强普通硅酸钙板、纸面石膏板、以及各种玻璃布增强的无机板〔俗称无机玻璃钢〕；另一类是密度较小的厚板，如轻质〔或超轻质〕硅酸钙防火板〔如KB板〕及膨胀蛭石防火板。板材不同厚度与不同构造的耐火性能、时限等，均应有国家检测机构的检测认定。防火板由工厂加工，它的外表平整，装饰性好，施工为干作业。用于钢构造防火具有占用空间少、综合造价低的特点。各种防火板主要技术性能指标见下表1-13。表１－13各种防火板主要技术性能工程外形尺寸长×宽×厚〔mm〕密度〔kg/m3〕标准构件试验耐火极限小时〔h〕最高使用温度〔CO〕导热系数〔W/(mk)〕纸面石膏板1800～3600×1200×9～128000.15〔9mm〕0.25(12mm)6000.194TK板1200×3000×800～1200×4～81700＜0.25〔8mm〕6000.35FC板3000×1200×4～61800＜0.25〔6mm〕6000.35纤维增强硅酸钙板1800×900×6～1010000.25(10mm)6000.28无机玻璃钢板1000×2000×2～121500～1700/6000.24～0.45蛭石板〔英国vicuclad〕1000×610×20～654301(20mm)2(30mm)3(50mm)10000.113〔250CO时〕超轻硅酸钙板〔日本KB板〕1000×610×25～504002(25mm)3(35mm)10000.06超轻硅酸钙板〔*T板〕600×300×20～604003(40mm)10000.05浇筑混凝土或耐火砖。采用混凝土或耐火砖完全封闭构件，这种做法的优点是强度高、耐冲击，但缺点是要占用的空间较大，例如，用200号混凝土保护钢柱，其厚度为5～10cm才能到达1.5～3小时的耐火极限。水冷却法。既在呈空心截面的柱注入水，与设置的水箱相连，形成一个循环系统。当发生火灾时，热量被水吸收，从而保证了钢柱温度不会升温过高而丧失承载能力。为了防止钢柱生锈，需在水中参加专门的防腐剂。冬天为了防冻还需参加防冻剂，这种方法目前较少采用。涂抹防火涂料。这是目前通常采用的防火措施。将防火涂料涂抹在构件外表，这种方法施工方便，重量轻、耐火时间长，可以涂抹于构件的任何位置，不受截面形状的限制，具有较好的经济性和实用性。下面将重点介绍钢构造的防火涂料。三、防火涂料１、钢构造防火涂料的分类钢构造防火涂料的类型可根据不同的方法来定义：从所用溶剂来分，可分为溶剂型和水基型钢构造防火涂料；从使用围分，可分为室和室外钢构造防火涂料；根据防火机理分，可分为非膨胀型和膨胀型钢构造防火涂料；根据涂层厚度来分，可分为厚型、薄型、超薄型钢构造防火涂料。钢构造防火涂料的技术性能应符合下表1－14表１－14钢构造防火涂料技术性能要求工程指标薄型〔B类〕厚型〔H类〕在容器中的状态经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体，无结块经搅拌后呈均匀稠厚流体，无结块枯燥时间·表干·h≤12≤24初期枯燥抗裂性一般不应出现裂纹。如有1～3条裂纹，其宽度应不大于0.5mm一般不应出现裂纹。如有1～3条裂纹，其宽度应不大于1mm外观与颜色外观与颜色同样品相比应无明显差异粘结强度，MPa≥0.15≥0.04抗压强度，MPa≥0.3干密度，kg/m3≤500热导率，W／〔m·k〕≤0.116抗振性挠曲l/200，图层不起层、脱落抗弯性挠曲l/100，图层不起层、脱落耐水性，h≥24≥24耐冻融循环性，次≥15≥15耐火性能涂层厚度3.05.57.081520304050标准梁耐火极限不低于，h0.51.01.50.51.01.52.02.53.0注：1本表所列防火涂料性能仅适用于建筑物及构筑物室使用的各类钢构造防火涂料，不包括室外钢构造防火涂料的技术要求。2超薄型钢构造防火涂料比普通膨胀性防火涂料涂层更薄，其装饰性和耐火性能更好，其涂层外观完全类同于一般饰面型涂料，既可喷涂也可手工涂刷。由于国目前处于起步阶段，尚无正式标准。通常将3mm涂层厚，耐火极限不低于90分钟的膨胀型防火涂料称之为超薄型钢构造防火涂料。２、几种常用的钢构造防火涂料厚型钢构造防火涂料：所谓厚型钢构造防火涂料是指涂层厚度在8～50毫米的涂料，这类钢构造防火涂料的耐火极限可达0.5～3小时。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢件。这类钢构造防火涂料是用适宜的粘结剂，再配以无机轻质材料，增强材料组成。与其他类型的钢构造防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，由于它从基料到大多数添加剂都是无机物，因此它还具有本钱低廉这一突出特点。该类钢构造防火涂料施工采用喷涂，一般多应用在耐火极限要求2小时以上的室钢构造上。但这类产品由于涂层厚，外观装饰性相对较差。薄型钢构造防火涂料：涂层使用厚度在3～7毫米的钢构造防火涂料称为薄型钢构造防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。这类钢构造涂料一般是用适当的乳胶聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这种类型防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材具有良好的附着力，耐久性和耐水性好。该类钢构造防火涂料在生产过程中一般都分为三步：第一步先将各种阻燃添加剂分散在水中，然后研磨成规定细度的浆料，第二步再用基料(乳液)进展配漆，第三步在浆料中配以无机轻质材料、增强材料等搅拌均匀。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层)，其装饰性比厚型好，施工采用喷涂，一般使用在耐火极限要求不超过2小时的建筑钢构造上。超薄型钢构造防火涂料：超薄型钢构造防火涂料是指涂层厚度不超过3毫米的钢构造防火涂料，这类钢构造防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年开展起来的新品种。它可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般使用在要求耐火极限2小时以的建筑钢构造上。与厚涂型和薄涂型钢构造防火涂料相比，超薄型膨胀钢构造防火涂料粘度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出优点。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢构造，这类涂料是目前备受用户青睐的钢构造防火涂料。为了赶上或超过国外同类产品，满足市场的需要，研制和开发高耐候性的室外超薄型钢构造防火涂料是今后开展的方向。３、钢构造防火涂料的选择及考前须知(1)实际工程中选用的防火涂料必须有国家检测机构对其耐火性能认可的检测报告及生产许可证。(2)民用建筑及大型公用建筑的承重钢构造宜采用防火涂料防火，一般应由建筑师与构造工程师按建筑物耐火等级及耐火时限，根据"钢构造防火涂料应用技术规"CECS24，选用涂料的类别〔薄涂型或厚涂型〕及构造做法。(3)选用时宜优先选用薄涂型防火涂料，选用厚涂型涂料时，其外需做装饰面层隔护。装饰要求较高的部位可选用超薄型防火涂料。(4)防火涂料的厚度，宜直接采用实际构件的耐火试验数据。当构件的截面尺寸或形状与试验标准构件不同时，应按现行"钢构造防火涂料应用技术规程"CECS24附录三的方法，推算所需防火涂层厚度。(5)室外环境的钢构造，一般不考虑防火保护。但石化企业的室、外应按"石油化工企业设计防火规"的规定进展防火防护设计。当室外钢构造需防火保护时，应采用专用的露天用防火涂料，并以防锈底漆打底。(6)不得将饰面型防火涂料〔适用于基材为可燃材料的木构造〕用于钢构造的的防火保护。(7)重要的钢柱构件采用防火涂料保护时，一般应采用厚涂型防火涂料，且节点部位宜做加厚处理。当所用防火涂料的粘接强度小于0.05Mpa时，涂层应设置与钢构件相连接的钢丝网。(8)承重钢梁构件采用厚涂型防火涂料时，其重要节点部位宜加厚处理。当为以下任意中情况时，涂层应设与钢梁相连接的钢丝网。①受振动作用的钢梁；②涂层厚度大于或等于40mm的梁；③梁用防火涂料粘接强度小于或等于0.05Mpa时；④梁腹板高度超过1.5m时。(9)当有技术经济依据时，重要的承重构件可采用耐火钢外加防火涂料的防火做法，其防火设计及对材料性能、构造施工等方面的技术要求，可参照市地方标准"钢构造防火技术规"的规定。(10)防火涂料的施工应由专业队伍承当，并按"钢构造工程施工质量验收规"GB50205及"钢构造防火涂料应用技术规程"CECS24检查验收。各类防火涂料的特性及适用围见表1-15。表１－15防火涂料的类别及适用围类别特型厚度〔mm〕耐火时限〔h〕